WO2016089125A1 - 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링 - Google Patents

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WO2016089125A1
WO2016089125A1 PCT/KR2015/013100 KR2015013100W WO2016089125A1 WO 2016089125 A1 WO2016089125 A1 WO 2016089125A1 KR 2015013100 W KR2015013100 W KR 2015013100W WO 2016089125 A1 WO2016089125 A1 WO 2016089125A1
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WO
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bearing shell
lower bearing
shell
connecting rod
groove
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2015/013100
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English (en)
French (fr)
Inventor
임원종
김성기
송근철
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HD Hyundai Infracore Co Ltd
Original Assignee
Doosan Infracore Co Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04—Connecting-rod bearings; Attachments thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/10—Construction relative to lubrication

Definitions

  • the present invention relates to a crankshaft bearing, and more particularly to a connecting rod bearing for the crankshaft.
  • the bearing for the crankshaft may include a main bearing mounted between the cylinder block and the main journal portion of the crankshaft, and a connecting rod bearing mounted between the connecting rod and the pin journal portion (crank pin) of the crankshaft.
  • One object of the present invention is to provide a connecting rod bearing for a crankshaft that can improve durability and friction reduction performance.
  • the connecting rod bearing for the crankshaft has an upper bearing shell and a semi-cylindrical shape having a semi-cylindrical shape and the crank pin together with the upper bearing shell.
  • a lower bearing shell is rotatably supported, and grooves are formed on inner surfaces of both side edges of the lower bearing shell, respectively.
  • the groove may extend circumferentially to an inner side surface of the side edge.
  • the groove may have a rectangular cross-sectional shape.
  • the thickness reduction ratio of both side edges of the lower bearing shell by the formation of the grooves may be 8% to 10%.
  • the reduction ratio of the inner surface of the lower bearing shell by the formation of the grooves may be 25% to 35%.
  • the central portion of the lower bearing shell has a first clearance from the outer surface of the crankpin, and both side edges of the lower bearing shell are larger than the first clearance from the outer surface of the crankpin. It may have a second clearance.
  • the upper bearing shell may be located at the end housing of the connecting rod, and the lower bearing shell may be located at the end bearing cap.
  • the clearance is increased by forming a circumferentially rectangular cross-sectional groove in the outer portion of the lower bearing shell which is assembled between the pin journal portion of the crankshaft and the large end of the connecting rod to receive a relatively low load.
  • the axial load can be supported by the lubricating oil film flowing into the clearance to improve the durability performance.
  • the clearance it is possible to transfer sufficient oil to the upper bearing shell directly under load to maintain a stable movement and to reduce the friction generated during the rotational movement of the engine.
  • a load is generated in the direction perpendicular to the axial direction generated by the explosion pressure, it is possible to prevent breakage due to seizure of the bearing by supplying sufficient lubricating oil through the clearance.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a crank train according to example embodiments.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a connecting rod bearing assembled between the crank pin and the connecting rod of the crankshaft of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the connecting rod bearing of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a lower bearing shell of the connecting rod bearing of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 8 is a plan view of the lower bearing shell of FIG.
  • FIG. 9 is a front view illustrating the lower bearing shell of FIG. 7.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 11 is a front view illustrating the lower bearing shell of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 13 is a front view illustrating the lower bearing shell of FIG. 12.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 15 is a plan view illustrating the lower bearing shell of FIG. 14.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 14.
  • 17 is a plan view illustrating a lower bearing shell according to an example.
  • FIG. 18 is a plan view of a lower bearing shell according to another example.
  • FIG. 19 is a perspective view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 20 is a plan view illustrating the lower bearing shell of FIG. 19.
  • 21 is a plan view illustrating a lower bearing shell according to another example.
  • FIG. 22 is a plan view illustrating a lower bearing shell according to still another example.
  • FIG. 23 is a top view of a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, and / or parts, it is obvious that these members, parts, regions, and / or parts should not be limited by these terms. Do. These terms are only used to distinguish one member, part, region or part from another region or part. Thus, the first member, part, region, or portion, which will be described below, may refer to the second member, component, region, or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • top or “above” and “bottom” or “bottom” may be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. It may be understood that relative terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. For example, if the device is turned over in the figures, elements depicted as present on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements described above. Thus, the exemplary term “top” may include both “bottom” and “top” directions depending on the particular direction of the figure. If the component faces in the other direction (rotated 90 degrees with respect to the other direction), the relative descriptions used herein may be interpreted accordingly.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a crank train according to example embodiments.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a connecting rod bearing assembled between the crank pin and the connecting rod of the crankshaft of FIG. 1.
  • 3 is a cross-sectional view illustrating the connecting rod bearing of FIG. 2.
  • 4 is a perspective view illustrating a lower bearing shell of the connecting rod bearing of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3.
  • the connecting rod bearing 100 for the crankshaft includes a pair of upper bearing shells 100A and lower bearing shells rotatably supporting the crank pins 12 of the crankshaft 10. 100B).
  • the cranktrain is a damper pulley mounted at both ends of the crankshaft 10, the connecting rod 20 for connecting the piston 30 to the crankshaft 10, and the crankshaft 10, respectively. 40 and flywheel 50.
  • the small end of the connecting rod 20 may be coupled to the piston 30, and the big end of the connecting rod 20 may be coupled to the crank pin 12 of the crankshaft 10. .
  • the crank pin 12 of the crankshaft 10 is located between the large end housing 22 and the large end bearing cap 24 of the connecting rod 20 to connect the bearing Can be supported through 100.
  • the upper bearing shell 100A and the lower bearing shell 100B of the connecting rod bearing 100 may contact the outer surface of the crank pin 12 and may rotatably support the crank pin 12.
  • the upper bearing shell 100A is coupled to the large end housing 22 of the connecting rod 20
  • the lower bearing shell 100B is coupled to the large end bearing cap 24 of the connecting rod 20. Can be.
  • An outer surface 14 of the crank pin 12 may be formed with an outlet 14 through which lubricating oil is discharged.
  • lubricating oil can be supplied between the sliding rods of the connecting rod bearing 100 and the crank pin 12 from the oil gallery of the cylinder block via the journal portion of the crankshaft 10 through the outlet 14.
  • the upper bearing shell 100A and the lower bearing shell 100B may each have a semi-cylindrical shape.
  • Upper bearing shell 100A is substantially the same as or similar to lower bearing shell 100B, except that it does not have grooves 112 and 114.
  • the lower bearing shell 100B will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • the lower bearing shell 100B may include a first shell end 106 and a second shell end 108 opposite the first shell end 106.
  • Lower bearing shell 100B may extend from first shell end 106 to second shell end 108 in the circumferential direction.
  • Lower bearing shell 100B may have an inner side 101 and an outer side 103 between the first and second shell ends 106, 108.
  • the inner surface 101 of the lower bearing shell 100B and the outer surface of the crank pin 12 are sliding surfaces facing each other.
  • Lower bearing shell 100B may include a first side edge 102 and a second side edge 104 opposite the first side edge 102. Lower bearing shell 100B may extend from first side edge 102 to second side edge 104 in the axial direction.
  • circumferentially extending grooves 112, 114 may be formed on the inner surfaces of both side edges 102, 104 of the lower bearing shell 100B.
  • the first groove 112 extends along the circumferential direction on the inner side surface of the first side edge 102 of the lower bearing shell 100B, and the second groove 114 is the second of the lower bearing shell 100B.
  • An inner surface of the side edge 104 may extend along the circumferential direction.
  • the groove may be formed along the entire length of the inner circumferential surface of the lower bearing shell. Alternatively, the groove may be formed along a portion of the circumferential inner surface of the lower bearing shell.
  • the first and second grooves 112 and 114 may have a rectangular cross-sectional shape.
  • the first and second grooves 112 and 114 may have a trapezoidal cross-sectional shape whose width decreases with depth.
  • the first groove 112 may have a first width W extending from the outermost side of the lower bearing shell 100B to the center and a first depth D extending downward from the inner side.
  • the second groove 114 may have a second width W extending from the outermost side of the lower bearing shell 100B to the center and a second depth D extending downward from the inner side.
  • the first width and the second width may be equal to each other, and the first depth and the second depth may be equal to each other.
  • the inner surface 101 of the lower bearing shell is reduced compared to the overall width L of the lower bearing shell by the formation of the first and second grooves, and the two side edges 102 and 104 of the lower bearing shell are reduced.
  • the thickness can be reduced compared to the overall thickness H of the lower bearing shell by the formation of the first and second grooves.
  • the central portion of the lower bearing shell 100B has a first clearance C1 from the outer surface of the crank pin 12, and both side edges of the lower bearing shell 100B are from the outer surface of the crank pin 12.
  • the second clearance C2 may be greater than the first clearance C1.
  • the lower bearing shell 100B may include a semi-cylindrical bearing body and an overlay film 120 on the inner side of the bearing body.
  • the surface of the overlay film 120 may be the inner side 101 of the lower bearing shell 100B. Accordingly, the overlay film 120 of the lower bearing shell 100B may contact the outer surface of the crank pin 12.
  • the bearing body may include steel, a metal alloy, and the like, and the overlay film may include a plating layer on which a metal alloy is plated. Examples of the metal alloy of the bearing body include CuPb, AlSn, SnSb, and the like, and examples of the plating layer of the overlay film include PbSn, PbSnCu, SnSb, CuPb, and the like.
  • the overlay film may be omitted in consideration of the material of the bearing body.
  • At least one of the upper bearing shell and the lower bearing shell includes an inlet formed through the inlet for the introduction of the lubricant and an oil supply groove connected to the inlet to supply the lubricant to the sliding surface. can do.
  • the connecting rod bearing 100 is not a method of reducing the width of the conventional bearing shell by forming grooves on the outer side of the lower bearing shell 100B to increase the clearance of the outer side.
  • the oil film can be smoothly formed, and also the friction can be reduced by actually reducing the area in contact with the crank pin 12.
  • more lubricating oil may be supplied along the first flow direction F1 of the lubricating oil to the clearance formed by the first and second grooves 112 and 114. Therefore, even if the explosion pressure from the combustion chamber is transmitted by the piston to generate the axial load on the crankshaft 10, the axial load can be supported by the lubricating oil introduced into the clearance to improve the durability performance.
  • the more supplied lubricant oil is sufficiently supplied between the crank pin 12 and the sliding surfaces of the connecting rod bearing 100 along the second flow direction (F2) so that the oil film is smoothly formed, and thus occurs during the rotational movement of the engine. Friction can be reduced. Moreover, even if a load is generated in the direction perpendicular to the axial direction generated by the explosion pressure, it is possible to prevent breakage due to seizure of the bearing by supplying sufficient lubricating oil through the clearance.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • 8 is a plan view of the lower bearing shell of FIG. 9 is a front view illustrating the lower bearing shell of FIG. 7.
  • the lower bearing shell is substantially the same as or similar to the lower bearing shell described with reference to FIGS. 4 to 6 except for the shape and arrangement of the grooves. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements will be omitted.
  • the lower bearing shell 100B is formed on the inner surface of the first groove 112 and the second side edge 104 circumferentially extending on the inner surface of the first side edge 102. It may include a second groove 114 extending in the circumferential direction.
  • the first groove 112 may be formed at a portion of the first side edge 102 and the second groove 114 may be formed at a portion of the second side edge 104.
  • the first groove 112 may be formed in the center region of the first side edge 102, and the second groove 114 may be formed in the center region of the second side edge 104.
  • the first groove 112 extends circumferentially by the first angle ⁇ 1 with respect to the center line C toward the first shell end 106, and the second angle ⁇ 2 toward the second shell end 108. Can extend in the circumferential direction.
  • the first angle ⁇ 1 may be the same as the second angle ⁇ 2.
  • first and second grooves are formed only at a portion of the first and second side edges, not only the friction of the lower bearing shell can be reduced, but also the amount of load that the lower bearing shell can bear can be increased.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 11 is a front view illustrating the lower bearing shell of FIG. 10.
  • the lower bearing shell is substantially the same as or similar to the lower bearing shell described with reference to FIGS. 7 to 9 except for the shape and arrangement of the grooves. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements will be omitted.
  • the first groove 112 may be formed at a portion of the first side edge 102, and the second groove 114 may be formed at a portion of the second side edge 104. .
  • the first groove 112 is formed at a position closer to the first shell end 106 rather than the center region of the first side edge 102, and the second groove 114 is the center of the second side edge 104. It may be formed at a position closer to the first shell end 106 rather than to the region.
  • the first groove 112 extends circumferentially by the first angle ⁇ 1 with respect to the center line C toward the first shell end 106, and the second angle ⁇ 2 toward the second shell end 108. Can extend in the circumferential direction.
  • the first angle ⁇ 1 may be greater than the second angle ⁇ 2.
  • the positions of the first and second grooves may be determined in consideration of the magnitude and direction of the load applied to the lower bearing.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 13 is a front view illustrating the lower bearing shell of FIG. 12.
  • the lower bearing shell is substantially the same as or similar to the lower bearing shell described with reference to FIGS. 10 and 11 except for the arrangement of the grooves. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements will be omitted.
  • the first groove 112 may be formed at a portion of the first side edge 102, and the second groove 114 may be formed at a portion of the second side edge 104. .
  • the first groove 112 is formed at a position closer to the second shell end 108 rather than the center region of the first side edge 102, and the second groove 114 is the center of the second side edge 104. It may be formed at a position closer to the second shell end 108 rather than to the region.
  • the first groove 112 extends circumferentially by the first angle ⁇ 1 with respect to the center line C toward the first shell end 106, and the second angle ⁇ 2 toward the second shell end 108. Can extend in the circumferential direction.
  • the first angle ⁇ 1 may be smaller than the second angle ⁇ 2.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • FIG. 15 is a plan view illustrating the lower bearing shell of FIG. 14.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 14.
  • the lower bearing shell is substantially the same as or similar to the lower bearing shell described with reference to FIGS. 4 to 6 except for the shape and arrangement of the grooves. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements will be omitted.
  • the lower bearing shell 100B is circumferentially formed on the inner surface of the first groove and the second side edge 104 extending circumferentially on the inner surface of the first side edge 102. It may include an extended second groove.
  • the width of the first groove may gradually decrease as it approaches the center point C1 of the first side edge 102 from the first and second shell ends 106, 108.
  • the width of the second groove may gradually decrease as it approaches the center point C2 of the second side edge 104 from the first and second shell ends 106, 108.
  • the first groove may include at least two recesses formed along the first side edge 102 and the second groove may include at least two recesses formed along the second side edge 104.
  • the first and second recesses may be spaced apart from each other.
  • the first groove may include a pair of first and second recesses 112a and 112b.
  • the first and second recesses 112a and 112b may be disposed along the first side edge 102.
  • the first and second recesses 112a and 112b may be disposed to face each other with the center point C1 of the first side edge 102 interposed therebetween.
  • the second groove may include a pair of third and fourth recesses 114a and 114b.
  • the third and fourth recesses 114a and 114b may be disposed along the second side edge 104.
  • the third and fourth recesses 114a and 114b may be disposed to face each other with the center point C2 of the second side edge 104 interposed therebetween.
  • the width w of the first recess 112a may gradually decrease as it approaches the center point C1 of the first side edge 102.
  • the width w of the second recess 112b may gradually decrease as it approaches the center point C1 of the first side edge 102.
  • the width w of the third recess 114a may gradually decrease as it approaches the center point C2 of the second side edge 104.
  • the width w of the fourth recess 114b may gradually decrease as it approaches the center point C2 of the second side edge 104.
  • the recess may have a horizontal plane Gh and a vertical plane Gv.
  • the width w of the horizontal plane Gh of the recess may be formed to gradually decrease or increase in the circumferential direction.
  • 17 is a plan view illustrating a lower bearing shell according to an example.
  • the width of the first groove is located closer to the first shell end 106 at the center point C1 of the first side edge 102 from the first and second shell ends 106, 108. It may decrease gradually toward (E1).
  • the width of the second groove gradually increases from the first and second shell ends 106, 108 to a position E2 closer to the first shell end 106 at the center point C2 of the second side edge 104. Can be reduced.
  • FIG. 18 is a plan view of a lower bearing shell according to another example.
  • the width of the first groove is located closer to the second shell end 108 at the center point C1 of the first side edge 102 from the first and second shell ends 106, 108. It may decrease gradually toward (E3).
  • the width of the second groove gradually increases from the first and second shell ends 106, 108 to a position E4 closer to the second shell end 108 at the center point C2 of the second side edge 104. Can be reduced.
  • FIG. 19 is a perspective view illustrating a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • 20 is a plan view illustrating the lower bearing shell of FIG. 19.
  • the lower bearing shell is substantially the same as or similar to the lower bearing shell described with reference to FIGS. 4 to 6 except for the shape and arrangement of the grooves. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements will be omitted.
  • the first groove 112 extends circumferentially on the inner side surface of the first side edge 102, and the second groove 114 is formed in the second side edge 104. It may be formed extending in the circumferential direction on the side.
  • the width w of the first groove 112 increases gradually as it approaches the center point C1 of the first side edge 102 from the first shell end 106, and the width of the first groove 112 increases. It may increase gradually as it approaches the center point C1 of the first side edge 102 from the second shell end 108. The width of the first groove 112 at the center point C1 of the first side edge 102 may be maximum.
  • the width of the second groove 114 gradually increases from the first shell end 106 to the center point C2 of the second side edge 104, and the width of the second groove 114 is increased from the second shell 114. It may increase gradually as it approaches the center point C2 of the second side edge 104 from the end 108.
  • the width of the second groove 114 at the center point C2 of the second side edge 104 may be maximum.
  • 21 is a plan view illustrating a lower bearing shell according to another example.
  • the width of the first groove 112 is located closer to the first shell end 106 at the center point C1 of the first side edge 102 from the first shell end 106. Gradually increasing, the width of the first groove 112 is closer to the first shell end 106 at the center point C1 of the first side edge 102 from the second shell end 108. It can increase gradually toward). The width of the first groove 112 at the location E1 of the first side edge 102 may be maximum.
  • the width of the second groove 114 gradually increases from the first shell end 106 to a position E2 closer to the first shell end 106 at the center point C2 of the second side edge 104.
  • the width of the second groove 114 gradually increases from the second shell end 108 to a position E2 closer to the first shell end 106 at the center point C2 of the second side edge 104. can do.
  • the width of the second groove 114 at the position E2 of the second side edge 104 may be maximum.
  • FIG. 22 is a plan view illustrating a lower bearing shell according to still another example.
  • the width of the first groove 112 is a position E3 closer to the second shell end 108 at the center point C1 of the first side edge 102 from the first shell end 106.
  • the width of the first groove 112 is closer to the second shell end 108 at the center point C1 of the first side edge 102 from the second shell end 108. It can increase gradually toward).
  • the width of the first groove 112 at the position E3 of the first side edge 102 may be maximum.
  • the width of the second groove 114 gradually increases from the first shell end 106 to the position E3 closer to the second shell end 108 at the center point C2 of the second side edge 104.
  • the width of the second groove 114 gradually increases from the second shell end 108 to a position E4 closer to the second shell end 108 at the center point C2 of the second side edge 104. can do.
  • the width of the second groove 114 at the position E4 of the second side edge 104 may be maximum.
  • FIG. 23 is a top view of a lower bearing shell in accordance with example embodiments.
  • the lower bearing shell is substantially the same as or similar to the lower bearing shell described with reference to FIGS. 4 to 6 except for the width of the grooves. Accordingly, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions of like elements will be omitted.
  • the first groove 112 is circumferentially formed on the inner side surface of the first side edge 102
  • the second groove 114 is circumferentially formed on the inner side surface of the second side edge 104. It can be formed in the direction.
  • the first groove 112 may have a first width w1 and the second groove 114 may have a second width w2 different from the first width w1.
  • the first width w1 may be greater than the second width w2.
  • the first width w1 may be smaller than the second width w2.
  • the connecting rod bearing 100 receives the load generated during the explosion stroke of the engine four stroke as it is, it has been designed in terms of stability rather than friction reduction. As a result of comparing the loads of the upper bearing shell and the lower bearing shell of the connecting rod bearing 100 through the analysis, it was confirmed that the lower bearing shell receives only about 30% of the load of the upper bearing shell.
  • the width and depth of the clearance are variables, and the width and depth are expressed as a reduction ratio of the width L and the thickness H of the entire bearing.
  • Table 1 is a table showing the friction torque according to the reduction rate of the thickness and width of the clearance according to the comparative examples and embodiments.
  • Comparative Example 1 is a result of measuring the friction torque when the lower bearing shell in which the grooves 112 and 114 of FIG. 4 are not formed is used.
  • the thickness reduction rate (X) is 8% or more and 10% or less (8% ⁇ X ⁇ 10%) and the width reduction rate (Y) is 25% or more and 35% or less (25% ⁇ X ⁇ 35% ),
  • the friction torque is reduced compared to the conventional, and the pressure increase effect by the oil film pressure is improved.
  • Comparative Examples 15 to 24 when the thickness reduction rate (X) exceeded 10%, the friction torque was not reduced and the pressure increase effect was not improved as compared with the related art regardless of the reduction rate (Y) of the width of the clearance.
  • Example 6 the friction torque was reduced by 30% or more than the comparative example, showing an excellent improvement effect. It can be seen that an optimal result was obtained when the reduction rate X of the thickness of the clearance was 8% ⁇ X ⁇ 10% and the reduction rate Y of the width of the clearance was 25% ⁇ Y ⁇ 35%.
  • grooves are formed in a circumferential rectangular cross-sectional groove in the outer portion of the lower bearing shell which is assembled between the pin journal portion of the crankshaft, which is the main engine movement portion, and the large end portion of the connecting rod, and receives a relatively low load. Can be increased.
  • crankshaft 12 crankpin
  • 100A upper bearing shell 100B: lower bearing shell
  • first shell end 108 second shell end
  • first groove 114 second groove

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링은 반원통형 형상을 갖는 상부 베어링 셸 및 반원통형 형상을 가지며 상기 상부 베어링 셸과 함께 상기 크랭크핀을 회전 가능하도록 지지하는 하부 베어링 셸을 포함하고, 상기 하부 베어링 셸의 양쪽 측면 가장자리의 내측면에 그루브가 각각 형성된다.

Description

크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링
본 발명은 크랭크샤프트용 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링에 관한 것이다.
일반적으로 크랭크샤프트용 베어링은 실린더 블록과 크랭크샤프트의 메인 저널부 사이에 장착되는 메인 베어링 및 커넥팅로드와 크랭크샤프트의 핀 저널부(크랭크핀) 사이에 장착되는 커넥팅로드 베어링을 포함할 수 있다.
요즘과 같이 차량의 연비가 중요한 환경에서 저 마찰을 위해 베어링의 폭을 상대적으로 줄이는 기술이 개발되고 있다. 접촉되는 상대 면적을 감소시킴으로 마찰을 저감할 수 있다. 하지만, 폭발에 의해 발생하는 하중의 고려 없이 상기 접촉되는 상대 면적을 너무 많이 감소시키면 상기 하중을 지지하지 못해 엔진의 주 구동부에 치명적인 파손이 발생하여 그 기능을 수행할 수 없게 될 수 있다. 이러한 이유로 인해 최근 크랭크샤프트용 베어링에 대한 소재, 형상 개발 등의 연구가 활발히 수행되고 있다.
본 발명의 일 과제는 내구 및 마찰 저감 성능을 향상시킬 수 있는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링은 반원통형 형상을 갖는 상부 베어링 셸 및 반원통형 형상을 가지며 상기 상부 베어링 셸과 함께 상기 크랭크핀을 회전 가능하도록 지지하는 하부 베어링 셸을 포함하고, 상기 하부 베어링 셸의 양쪽 측면 가장자리의 내측면에 그루브가 각각 형성된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 그루브는 상기 측면 가장자리의 내측면에 원주방향으로 연장할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 그루브는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 그루브들의 형성에 의해 상기 하부 베어링 셸의 양쪽 측면 가장자리의 두께 축소율은 8% 내지 10%일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 그루브들의 형성에 의한 상기 하부 베어링 셸의 내측면의 축소율은 25% 내지 35%일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하부 베어링 셸의 중앙부는 상기 크랭크핀의 외측면으로부터 제1 클리어런스를 가지고, 상기 하부 베어링 셸의 양측 측부 가장자리는 상기 크랭크핀의 외측면으로부터 상기 제1 클리어런스보다 큰 제2 클리어런스를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 상부 베어링 셸은 커넥팅로드의 대단부하우징에 위치하고, 상기 하부 베어링 셸은 대단부베어링캡에 위치할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 크랭크샤프트의 핀 저널부와 커넥팅로드의 대단부 사이에 조립되어 상대적으로 하중을 적게 받는 하부 베어링 셸의 외측부에 원주방향으로 직사각형 단면 형상의 그루브를 형성하여 클리어런스를 증가시킬 수 있다.
따라서, 연소실로부터의 폭발 압력이 피스톤에 의해 전달되는 크랭크샤프트에 축방향 하중이 발생하더라도, 상기 클리어런스 내로 유입되는 윤활유 유막으로 상기 축방향 하중을 지지하여 내구 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 클리어런스를 통해 충분한 오일을 하중을 직접적으로 받는 상부 베어링 셸에 전달하여 안정된 운동을 유지하고 엔진의 회전운동 시 발생하는 마찰을 저감할 수 있다. 더욱이, 폭발 압력에 의해 발생되는 상기 축방향에 수직하는 방향에 하중이 발생하더라도 상기 클리어런스를 통해 충분한 윤활유를 공급함으로써 베어링의 소착 등에 의한 파손을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 크랭크트레인을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 크랭크샤프트의 크랭크핀과 커넥팅로드 사이에 조립되는 커넥팅로드 베어링을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 커넥팅로드 베어링을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2의 커넥팅로드 베어링의 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도도이다.
도 8은 도 7의 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 7의 하부 베어링 셸을 나타내는 정면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 하부 베어링 셸을 나타내는 정면도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12의 하부 베어링 셸을 나타내는 정면도이다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 14의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 17은 일 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 18은 다른 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 19는 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 19의 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 21은 또 다른 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 22는 또 다른 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 23은 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상술한 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역 또는 부분을 다른 영역 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 장치의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 장치가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상술한 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 구성 요소가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하 실시예들은 하나 또는 복수 개를 조합하여 구성할 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 크랭크트레인을 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 크랭크샤프트의 크랭크핀과 커넥팅로드 사이에 조립되는 커넥팅로드 베어링을 나타내는 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 커넥팅로드 베어링을 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 2의 커넥팅로드 베어링의 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도이다. 도 5는 도 4의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 6은 도 3의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링(100)은 크랭크샤프트(10)의 크랭크핀(12)을 회전 가능하도록 지지하는 한 쌍의 상부 베어링 셸(100A) 및 하부 베어링 셸(100B)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 크랭크트레인은 크랭크샤프트(10), 크랭크샤프트(10)에 피스톤(30)을 연결하기 위한 커넥팅로드(20), 크랭크샤프트(10)의 양단에 각각 장착되는 댐퍼풀리(40) 및 플라이휠(50)을 포함할 수 있다. 커넥팅로드(20)의 소단부(small end)는 피스톤(30)과 결합되고, 커넥팅로드(20)의 대단부(big end)는 크랭크샤프트(10)의 크랭크핀(12)과 결합될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 크랭크샤프트(10)의 크랭크핀(12)은 커넥팅로드(20)의 대단부하우징(22)과 대단부베어링캡(24) 사이에 위치되어 커넥팅로드 베어링(100)을 통해 지지될 수 있다. 커넥팅로드 베어링(100)의 상부 베어링 셸(100A) 및 하부 베어링 셸(100B)은 크랭크핀(12)의 외측면과 접촉하고 크랭크핀(12)을 회전 가능하도록 지지할 수 있다. 예를 들면, 상부 베어링 셸(100A)은 커넥팅로드(20)의 대단부하우징(22)에 결합되고, 하부 베어링 셸(100B)은 커넥팅로드(20)의 대단부베어링캡(24)에 결합될 수 있다.
크랭크핀(12)의 외측면에는 윤활유가 배출되는 배출구(14)가 형성될 수 있다. 따라서, 윤활유는 실린더 블록의 오일 갤러리로부터 크랭크샤프트(10)의 저널부를 거쳐 배출구(14)를 통해 커넥팅로드 베어링(100)과 크랭크핀(12)의 슬라이딩면들 사이에 공급될 수 있다.
상부 베어링 셸(100A) 및 하부 베어링 셸(100B)은 반원통형 형상을 각각 가질 수 있다. 상부 베어링 셸(100A)은 그루브(112, 114)를 구비하지 않는 점을 제외하고는, 하부 베어링 셸(100B)과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이하에서는, 하부 베어링 셸(100B)에 대하여 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하부 베어링 셸(100B)은 제1 셸 단부(106) 및 제1 셸 단부(106)의 반대편의 제2 셸 단부(108)를 포함할 수 있다. 하부 베어링 셸(100B)은 원주방향으로 제1 셸 단부(106)로부터 제2 셸 단부(108)까지 연장할 수 있다. 하부 베어링 셸(100B)은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108) 사이에 내측면(101) 및 외측면(103)을 가질 수 있다. 하부 베어링 셸(100B)의 내측면(101)과 크랭크핀(12)의 외측면은 서로 마주보는 슬라이딩면들이다.
하부 베어링 셸(100B)은 제1 측면 가장자리(102) 및 제1 측면 가장자리(102)의 반대편의 제2 측면 가장자리(104)를 포함할 수 있다. 하부 베어링 셸(100B)은 축방향으로 제1 측면 가장자리(102)로부터 제2 측면 가장자리(104)까지 연장할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 하부 베어링 셸(100B)의 양쪽 측면 가장자리(102, 104)의 내측면에 원주방향으로 연장하는 그루브(112, 114)가 형성될 수 있다. 제1 그루브(112)는 하부 베어링 셸(100B)의 제1 측면 가장자리(102)의 내측면에 상기 원주방향을 따라 연장 형성되고, 제2 그루브(114)는 하부 베어링 셸(100B)의 제2 측면 가장자리(104)의 내측면에 상기 원주방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 상기 그루브는 상기 하부 베어링 셸의 원주방향의 내측면 전체 길이를 따라 형성될 수 있다. 이와 다르게, 상기 그루브는 상기 하부 베어링 셸의 원주방향의 내측면 일부 길이를 따라 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 그루브들(112, 114)는 직사각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 이와 다르게, 제1 및 제2 그루브들(112, 114)은 깊이에 따라 폭이 감소되는 사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있다.
제1 그루브(112)는 하부 베어링 셸(100B)의 최외측면으로부터 중앙부로 연장하는 제1 폭(W) 및 내측면으로부터 아래로 연장하는 제1 깊이(D)를 가질 수 있다. 제2 그루브(114)는 하부 베어링 셸(100B)의 최외측면으로부터의 중앙부로 연장하는 제2 폭(W) 및 내측면으로부터 아래로 연장하는 제2 깊이(D)를 가질 수 있다. 상기 제1 폭과 상기 제2 폭은 서로 동일하고 상기 제1 깊이와 상기 제2 깊이는 서로 동일할 수 있다.
따라서, 하부 베어링 셸의 내측면(101)은 상기 제1 및 제2 그루브들의 형성에 의해 하부 베어링 셸의 전체 폭(L)에 비해 감소되고, 하부 베어링 셸의 양쪽 측면 가장자리(102, 104)의 두께는 상기 제1 및 제2 그루브들의 형성에 의해 하부 베어링 셸의 전체 두께(H)에 비해 감소될 수 있다.
이에 따라, 하부 베어링 셸(100B)의 중앙부는 크랭크핀(12)의 외측면으로부터 제1 클리어런스(C1)를 가지고, 하부 베어링 셸(100B)의 양측 측부 가장자리는 크랭크핀(12)의 외측면으로부터 제1 클리어런스(C1)보다 큰 제2 클리어런스(C2)를 가질 수 있다.
또한, 하부 베어링 셸(100B)은 반원통형 베어링 몸체 및 상기 베어링 몸체의 내측면 상에 오버레이 막(120)을 포함할 수 있다. 오버레이 막(120)의 표면은 하부 베어링 셸(100B)의 내측면(101)일 수 있다. 따라서, 하부 베어링 셸(100B)의 오버레이 막(120)은 크랭크핀(12)의 외측면과 접촉할 수 있다. 상기 베어링 몸체는 강철 및 금속합금 등을 포함하고, 상기 오버레이 막은 금속합금이 도금된 도금층을 포함할 수 있다. 상기 베어링 몸체의 금속합금의 예로서는 CuPb, AlSn, SnSb 등을 들 수 있고, 상기 오버레이 막의 도금층의 예로서는 PbSn, PbSnCu, SnSb, CuPb 등을 들 수 있다. 상기 오버레이 막은 상기 베어링 몸체의 물질 등을 고려하여 생략될 수 있다.
도면들에 도시되지는 않았지만, 상기 상부 베어링 셸 및 상기 하부 베어링 셸 중 적어도 하나는 윤활유의 유입을 위해 관통 형성된 유입구 및 상기 유입구에 연결되어 상기 윤활유를 슬라이딩면에 공급하기 위하여 형성된 오일 공급 그루브를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 커넥팅로드 베어링(100)은 종래의 베어링 셸의 폭을 줄이는 방법이 아닌 하부 베어링 셸(100B)의 외측부에 그루브를 형성하여 상기 외측부의 클리어런스를 증가시킴으로써, 상기 클리어런스 내로 윤활유 공급량을 증가시켜 유막이 원활하게 형성될 수 있도록 하고, 또한 실제적으로 크랭크핀(12)과 접촉되는 면적을 감소시켜 마찰을 저감시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 윤활유의 제1 흐름 방향(F1)을 따라 더 많은 윤활유가 제1 및 제2 그루브들(112, 114)에 의해 형성된 클리어런스로 공급될 수 있다. 따라서, 연소실로부터의 폭발 압력이 피스톤에 의해 전달되어 크랭크샤프트(10)에 축방향 하중이 발생하더라도, 상기 클리어런스 내로 유입된 윤활유에 의해 상기 축방향 하중을 지지하여 내구 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 더 많이 공급된 윤활유가 제2 흐름 방향(F2)을 따라 크랭크핀(12)과 커넥팅로드 베어링(100)의 슬라이딩면들 사이에 충분히 공급되어 유막이 원활히 형성함으로써, 엔진의 회전운동 시 발생하는 마찰을 저감시킬 수 있다. 더욱이, 폭발 압력에 의해 발생되는 상기 축방향에 수직하는 방향에 하중이 발생하더라도 상기 클리어런스를 통해 충분한 윤활유를 공급함으로써 베어링의 소착 등에 의한 파손을 방지할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도도이다. 도 8은 도 7의 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다. 도 9는 도 7의 하부 베어링 셸을 나타내는 정면도이다. 상기 하부 베어링 셸은 그루브의 형태 및 배치를 제외하고는 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한 하부 베어링 셸과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 하부 베어링 셸(100B)은 제1 측면 가장자리(102)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성된 제1 그루브(112) 및 제2 측면 가장자리(104)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성된 제2 그루브(114)를 포함할 수 있다.
제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 일부분에 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 일부분에 형성될 수 있다. 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 중심 영역에 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 중심 영역에 형성될 수 있다.
제1 그루브(112)는 제1 셸 단부(106)를 향하여 중심선(C)에 대하여 제1 각도(θ1)만큼 원주방향으로 연장하고, 제2 셸 단부(108)를 향하여 제2 각도(θ2)만큼 원주방향으로 연장할 수 있다. 예를 들면, 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)와 동일할 수 있다.
상기 제1 및 제2 그루브들이 상기 제1 및 제2 측면 가장자리들의 일부에만 형성되므로, 상기 하부 베어링 셸의 마찰이 감소될 뿐만 아니라 상기 하부 베어링 셸이 견딜 수 있는 하중의 크기를 증가시킬 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다. 도 11은 도 10의 하부 베어링 셸을 나타내는 정면도이다. 상기 하부 베어링 셸은 그루브의 형태 및 배치를 제외하고는 도 7 내지 도 9를 참조로 설명한 하부 베어링 셸과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 일부분에 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 일부분에 형성될 수 있다. 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 중심 영역이 아닌 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치에 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 중심 영역이 아닌 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치에 형성될 수 있다.
제1 그루브(112)는 제1 셸 단부(106)를 향하여 중심선(C)에 대하여 제1 각도(θ1)만큼 원주방향으로 연장하고, 제2 셸 단부(108)를 향하여 제2 각도(θ2)만큼 원주방향으로 연장할 수 있다. 예를 들면, 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 더 클 수 있다.
상기 제1 및 제2 그루브들의 위치들은 상기 하부 베어링에 작용하는 하중의 크기 및 방향 등을 고려하여 결정할 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다. 도 13은 도 12의 하부 베어링 셸을 나타내는 정면도이다. 상기 하부 베어링 셸은 그루브의 배치를 제외하고는 도 10 및 도 11을 참조로 설명한 하부 베어링 셸과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 일부분에 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 일부분에 형성될 수 있다. 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 중심 영역이 아닌 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치에 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 중심 영역이 아닌 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치에 형성될 수 있다.
제1 그루브(112)는 제1 셸 단부(106)를 향하여 중심선(C)에 대하여 제1 각도(θ1)만큼 원주방향으로 연장하고, 제2 셸 단부(108)를 향하여 제2 각도(θ2)만큼 원주방향으로 연장할 수 있다. 예를 들면, 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 더 작을 수 있다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도이다. 도 15는 도 14의 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다. 도 16은 도 14의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 상기 하부 베어링 셸은 그루브의 형태 및 배치를 제외하고는 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한 하부 베어링 셸과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 하부 베어링 셸(100B)은 제1 측면 가장자리(102)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성된 제1 그루브 및 제2 측면 가장자리(104)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성된 제2 그루브를 포함할 수 있다. 상기 제1 그루브의 폭은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에 가까워질수록 점차적으로 감소할 수 있다. 상기 제2 그루브의 폭은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에 가까워질수록 점차적으로 감소할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 그루브는 제1 측면 가장자리(102)를 따라 형성된 적어도 2개의 리세스들을 포함하고, 상기 제2 그루브는 제2 측면 가장자리(104)를 따라 형성된 적어도 2개의 리세스들을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 리세스들은 서로 이격 형성될 수 있다.
상기 제1 그루브는 한 쌍의 제1 및 제2 리세스들(112a, 112b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 리세스들(112a, 112b)은 제1 측면 가장자리(102)를 따라 배치될 수 있다. 제1 및 제2 리세스들(112a, 112b)은 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 제2 그루브는 한 쌍의 제3 및 제4 리세스들(114a, 114b)을 포함할 수 있다. 제3 및 제4 리세스들(114a, 114b)은 제2 측면 가장자리(104)를 따라 배치될 수 있다. 제3 및 제4 리세스들(114a, 114b)은 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
제1 리세스(112a)의 폭(w)은 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에 가까워질수록 점차적으로 감소될 수 있다. 제2 리세스(112b)의 폭(w)은 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에 가까워질수록 점차적으로 감소될 수 있다. 제3 리세스(114a)의 폭(w)은 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에 가까워질수록 점차적으로 감소될 수 있다. 제4 리세스(114b)의 폭(w)은 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에 가까워질수록 점차적으로 감소될 수 있다. 상기 리세스는 수평면(Gh) 및 수직면(Gv)을 가질 수 있다. 상기 리세스의 수평면(Gh)의 폭(w)은 원주방향으로 점차적으로 감소하거나 증가하도록 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 측면 가장자리들의 중심 영역에 있는 상기 제1 및 제2 그루브들 각각의 폭이 상대적으로 더 작게 형성되므로, 상기 하부 베어링 셸의 견딜 수 있는 하중의 크기가 증가되고 베어링 내부의 윤활유의 흐름을 원활히 할 수 있다.
도 17은 일 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 17을 참조하면, 제1 그루브의 폭은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치(E1)로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다. 제2 그루브의 폭은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치(E2)로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다.
도 18은 다른 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 18을 참조하면, 제1 그루브의 폭은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치(E3)로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다. 제2 그루브의 폭은 제1 및 제2 셸 단부들(106, 108)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치(E4)로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다.
도 19는 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 사시도이다. 도 20은 도 19의 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다. 상기 하부 베어링 셸은 그루브의 형태 및 배치를 제외하고는 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한 하부 베어링 셸과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성될 수 있다.
제1 그루브(112)의 폭(w)은 제1 셸 단부(106)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에 가까워질수록 점차적으로 증가하고, 제1 그루브(112)의 폭은 제2 셸 단부(108)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에 가까워질수록 점차적으로 증가할 수 있다. 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제1 그루브(112)의 폭은 최대일 수 있다.
제2 그루브(114)의 폭은 제1 셸 단부(106)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에 가까워질수록 점차적으로 증가하고, 제2 그루브(114)의 폭은 제2 셸 단부(108)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에 가까워질수록 점차적으로 증가할 수 있다. 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제2 그루브(114)의 폭은 최대일 수 있다.
상기 제1 및 제2 측면 가장자리들의 중심 영역에 있는 상기 제1 및 제2 그루브들 각각의 폭이 상대적으로 더 크게 형성되므로, 상기 하부 베어링 셸의 견딜 수 있는 하중의 크기가 증가되고 베어링 내부의 윤활유의 흐름을 원활히 할 수 있다.
도 21은 또 다른 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 21을 참조하면, 제1 그루브(112)의 폭은 제1 셸 단부(106)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치(E1)로 갈수록 점차적으로 증가하고, 제1 그루브(112)의 폭은 제2 셸 단부(108)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치(E1)로 갈수록 점차적으로 증가할 수 있다. 제1 측면 가장자리(102)의 위치(E1)에서 제1 그루브(112)의 폭은 최대일 수 있다.
제2 그루브(114)의 폭은 제1 셸 단부(106)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치(E2)로 갈수록 점차적으로 증가하고, 제2 그루브(114)의 폭은 제2 셸 단부(108)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제1 셸 단부(106)에 더 가까운 위치(E2)로 갈수록 점차적으로 증가할 수 있다. 제2 측면 가장자리(104)의 위치(E2)에서 제2 그루브(114)의 폭은 최대일 수 있다.
도 22는 또 다른 예에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다.
도 22를 참조하면, 제1 그루브(112)의 폭은 제1 셸 단부(106)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치(E3)로 갈수록 점차적으로 증가하고, 제1 그루브(112)의 폭은 제2 셸 단부(108)로부터 제1 측면 가장자리(102)의 중심점(C1)에서 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치(E3)로 갈수록 점차적으로 증가할 수 있다. 제1 측면 가장자리(102)의 위치(E3)에서 제1 그루브(112)의 폭은 최대일 수 있다.
제2 그루브(114)의 폭은 제1 셸 단부(106)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치(E3)로 갈수록 점차적으로 증가하고, 제2 그루브(114)의 폭은 제2 셸 단부(108)로부터 제2 측면 가장자리(104)의 중심점(C2)에서 제2 셸 단부(108)에 더 가까운 위치(E4)로 갈수록 점차적으로 증가할 수 있다. 제2 측면 가장자리(104)의 위치(E4)에서 제2 그루브(114)의 폭은 최대일 수 있다.
도 23은 예시적인 실시예들에 따른 하부 베어링 셸을 나타내는 평면도이다. 상기 하부 베어링 셸은 그루브들의 폭을 제외하고는 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한 하부 베어링 셸과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
도 23을 참조하면, 제1 그루브(112)는 제1 측면 가장자리(102)의 내측면에 원주방향으로 연장 형성되고, 제2 그루브(114)는 제2 측면 가장자리(104)의 내측면에 원주방향으로 형성될 수 있다.
제1 그루브(112)는 제1 폭(w1)을 가지고 제2 그루브(114)는 제1 폭(w1)과 다른 제2 폭(w2)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 폭(w1)은 제2 폭(w2)보다 클 수 있다. 이와 다르게, 제1 폭(w1)은 제2 폭(w2)보다 작을 수 있다.
이하에서는, 도 4의 하부 베어링 셸에서 제1 및 제2 그루브들의 설계 최적화에 대하여 설명하기로 한다.
커넥팅로드 베어링(100)은 엔진 4행정 중 폭발 행정시 발생하는 하중을 그대로 전달받기 때문에 마찰 저감의 관점보다는 안정성 관점에서 설계를 수행해왔다. 해석을 통해 커넥팅로드 베어링(100)의 상부 베어링 셸과 하부 베어링 셸의 하중을 비교한 결과 상기 하부 베어링 셸이 상부 베어링 셸의 하중의 약 30% 정도만을 받는 것으로 확인되었다.
종래와 같이, 상기 하부 베어링 셸의 마찰을 감소시키기 위하여 상기 하부 베어링 셸의 전체 폭을 감소시키는 경우, 내구 및 하중을 지지할 수 있는 충분한 유막이 생성되지 않았으며 폭발 하중을 그대로 전달받는 상부 베어링 셸에 윤활유를 충분히 공급하지 못해 소착이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 베어링 클리어런스가 커질수록 소음 및 진동의 문제가 발생되고 너무 작을 경우 유막이 파손되어 소착이 발생하게 되므로 이에 대한 최적화가 필요하다.
이하에서는, 상기 그루브들에 의해 형성된 클리어런스의 폭과 깊이에 대한 최적화를 수행한 결과에 대하여 설명하기로 한다. 클리어런스의 폭과 깊이를 변수로 하고, 폭과 깊이는 전체 베어링의 폭(L)과 두께(H) 대비 저감 비율로 표시하기로 한다.
표 1은 비교예들 및 실시예들에 따른 클리어런스의 두께와 폭의 축소율에 따른 마찰 토크를 나타내는 표이다.
실험예 두께의 축소율(%)(전체 두께 대비 축소량) 폭의 축소율(%)(전체 폭 대비 축소량) 마찰 토크(N??m)
비교예 1 0 0 0.53
비교예 2 3 10 1.10
비교예 3 3 12 1.02
비교예 4 4 16 0.89
비교예 5 4 23 0.70
비교예 6 5 15 0.77
비교예 7 5 43 0.83
비교예 8 5 48 1.18
비교예 9 7 22 0.83
비교예 10 7 25 0.54
비교예 11 8 19 0.63
비교예 12 8 24 0.56
실시예 1 8 25 0.49
실시예 2 8 33 0.44
실시예 3 8 35 0.46
비교예 13 9 20 0.69
실시예 4 9 25 0.44
실시예 5 9 29 0.38
실시예 6 9 30 0.37
실시예 7 10 25 0.46
실시예 8 10 30 0.39
실시예 9 10 35 0.48
비교예 14 10 37 0.57
비교예 15 11 32 0.53
비교예 16 13 25 0.65
비교예 17 14 33 0.57
비교예 18 18 40 1.41
비교예 19 20 21 0.92
비교예 20 20 39 1.37
비교예 21 22 27 0.82
비교예 22 26 17 0.74
비교예 23 28 28 0.86
비교예 24 30 18 1.06
표 1을 참조하면, 클리어런스(그루브)의 깊이 및 폭을 변수로 하여 엔진 회전 운동 시 크랭크핀과 하부 베어링 셸 사이의 마찰 토크 시험을 수행하였다. 비교예 1은 도 4의 그루브(112, 114)가 형성되지 않는 하부 베어링 셸이 사용되었을 때의 마찰 토크를 측정한 결과이다.
비교예 2 내지 10의 경우, 클리어런스의 두께의 축소율(X)을 7%까지 증가시켰으나 클리어런스의 폭의 축소율(Y)에 관계없이 여전히 종래에 비해 마찰 토크가 저감되지 않았고 유막 압력의 증대 효과가 확인되지 않았다. 비교예 11 내지 14의 경우, 두께 축소율(X)이 8% 이상 10% 이하(8%≤X≤10%)이고 폭 축소율(Y)이 25% 미만이거나 35% 이상일 때, 마찰 토크가 종래에 비해 저감되지 않았고 압력 증대 효과가 확인되지 않았다. 실시예 1 내지 9의 경우, 두께 축소율(X)이 8% 이상 10% 이하(8%≤X≤10%)이고 폭 축소율(Y)이 25% 이상 35% 이하(25%≤X≤35%)일 때, 마찰 토크가 종래에 비해 감소되고 유막 압력에 의한 압력 증대 효과가 향상된 결과를 나타내었다. 반면, 비교예 15 내지 24의 경우, 두께 축소율(X)이 10%를 초과한 경우 클리어런스의 폭의 축소율(Y)에 관계없이 종래에 비해 마찰 토크가 저감되지 않았고 압력 증대 효과도 개선되지 않았다.
특히, 실시예 6의 경우, 비교예보다 마찰 토크가 30% 이상 저감되어 뛰어난 개선 효과를 나타내었다. 클리어런스의 두께의 축소율(X)이 8% ≤ X ≤ 10%이고, 클리어런스의 폭의 축소율(Y)은 25% ≤ Y ≤ 35%일 때 최적의 결과가 도출되었음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 엔진 주 운동부인 크랭크샤프트의 핀 저널부와 커넥팅로드의 대단부 사이에 조립되어 상대적으로 하중을 적게 받는 하부 베어링 셸의 외측부에 원주방향으로 직사각형 단면 형상의 그루브를 형성하여 클리어런스를 증가시킬 수 있다.
따라서, 연소실로부터의 폭발 압력이 피스톤에 의해 전달되는 크랭크샤프트의 축방향 하중이 발생하더라도, 상기 클리어런스의 증가로 인해 발생되는 윤활유 유막으로 지지하여 내구 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 엔진의 회전운동 시 발생하는 마찰을 저감시키고 충분한 오일을 하중을 직접적으로 받는 상부 베어링 셸에 전달하여 안정된 운동을 유지할 수 있다.
상술한 실시예들은 굴삭기의 건설기계의 구동원으로서 디젤 엔진의 크랭크트레인 시스템에 대하여 적용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 휠 로더, 크레인차, 불도저 등과 같이 다른 건설기계의 디젤 엔진에 대하여도 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
<부호의 설명>
10: 크랭크샤프트 12: 크랭크핀
14: 배출구 20: 커넥팅로드
22: 대단부하우징 24: 대단부베어링캡
30: 피스톤 40: 댐퍼풀리
50: 플라이휠 100: 커넥팅로드 베어링
100A: 상부 베어링 셸 100B: 하부 베어링 셸
102: 내측면 102: 제1 측면 가장자리
103: 외측면 104: 제2 측면 가장자리
106: 제1 셸 단부 108: 제2 셸 단부
112: 제1 그루브 114: 제2 그루브
120: 오버레이 막

Claims (7)

  1. 반원통형 형상을 갖는 상부 베어링 셸; 및
    반원통형 형상을 가지며, 상기 상부 베어링 셸과 함께 상기 크랭크핀을 회전 가능하도록 지지하는 하부 베어링 셸을 포함하고,
    상기 하부 베어링 셸의 양쪽 측면 가장자리의 내측면에 그루브가 각각 형성된 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 상기 측면 가장자리의 내측면에 원주방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 베어링 셸의 상기 그루브는 직사각형 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브들의 형성에 의해 상기 하부 베어링 셸의 양쪽 측면 가장자리의 두께 축소율은 8% 내지 10%인 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브들의 형성에 의한 상기 하부 베어링 셸의 내측면의 축소율은 25% 내지 35%인 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 베어링 셸의 중앙부는 상기 크랭크핀의 외측면으로부터 제1 클리어런스를 가지고, 상기 하부 베어링 셸의 양측 측부 가장자리는 상기 크랭크핀의 외측면으로부터 상기 제1 클리어런스보다 큰 제2 클리어런스를 갖는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 베어링 셸은 커넥팅로드의 대단부하우징에 위치하고, 상기 하부 베어링 셸은 대단부베어링캡에 위치하는 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트용 커넥팅로드 베어링.
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